目錄

• 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域
• 垃圾回收算法
• 垃圾收集器

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

• 線程私有區(qū)域
  • 程序計(jì)數(shù)器
  • Java 虛擬機(jī)棧
  • 本地方法棧
• 線程共享區(qū)域
  • Java 堆
  • 方法區(qū)
  • 運(yùn)行時(shí)常量池（屬于方法區(qū)的一部分）

線程私有區(qū)域

程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器绰筛。字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令枢泰，分支、循環(huán)铝噩、跳轉(zhuǎn)宗苍、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個(gè)計(jì)算器來(lái)完成薄榛。

由于 Java 虛擬機(jī)的多線程是通過(guò)線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在任何一個(gè)確定的時(shí)刻让歼，一個(gè)處理器（對(duì)于多核處理器來(lái)說(shuō)是一個(gè)內(nèi)核）都只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令敞恋。故為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器谋右，各條線程之間計(jì)數(shù)器互不影響硬猫，獨(dú)立存儲(chǔ)，所以這塊內(nèi)存區(qū)域是"線程私有"的區(qū)域。

Java 虛擬機(jī)棧

Java 虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的啸蜜，它的生命周期與線程相同坑雅。虛擬機(jī)棧描述的是 Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表衬横、操作數(shù)棧裹粤、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息蜂林。每個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程遥诉，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程。

本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的噪叙，它們之間的區(qū)別不過(guò)是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)棧執(zhí)行 Java 方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)矮锈，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的 Native 方法服務(wù)。

線程共享區(qū)域

Java 堆

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)睁蕾，Java 堆（Java Heap）是 Java 虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊苞笨。Java 堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)是創(chuàng)建子眶。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例瀑凝，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。這一點(diǎn)在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中的描述是：所有對(duì)象的實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配壹店，但是隨著 JIT 編譯器的發(fā)展與逃逸分析技術(shù)逐漸成熟猜丹，棧上分配、標(biāo)量替換優(yōu)化技術(shù)將會(huì)導(dǎo)致一些微妙的變化發(fā)生硅卢，所有對(duì)象都分配在堆上也漸漸變得沒(méi)那么"絕對(duì)"了射窒。

方法區(qū)（非堆）

方法區(qū)（Method Area）與 Java 堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域将塑，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息脉顿、常量、靜態(tài)變量点寥、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)艾疟。雖然 Java 虛擬機(jī)規(guī)范把 Java 方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分，但是它卻有一個(gè)別名叫做 Non Heap（非堆）敢辩，目的應(yīng)該是與 Java 堆區(qū)分開(kāi)來(lái)蔽莱。

方法區(qū)也被開(kāi)發(fā)者成為"永久代"（Permanent Generation）。

運(yùn)行時(shí)常量池（屬于方法區(qū)的一部分）

Class 文件中除了有類的版本戚长、字段盗冷、方法、接口等描述信息外同廉，還有一項(xiàng)信息就是常量池（Constant Pool Table）仪糖，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用柑司，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放。

垃圾回收算法

標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）算法

如同名字一樣锅劝，算法分為"標(biāo)記"和"清除"兩個(gè)階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象攒驰，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象，它的標(biāo)記過(guò)程其實(shí)在前一節(jié)講述對(duì)象標(biāo)記判定時(shí)已經(jīng)介紹過(guò)了故爵。之所以說(shuō)它是最基礎(chǔ)的算法玻粪，是因?yàn)楹罄m(xù)的收集算法都是基于這種思路并對(duì)其不足進(jìn)行改進(jìn)而得到的。

它的主要不足有兩個(gè)：一個(gè)是效率問(wèn)題稠集，標(biāo)記和清除兩個(gè)過(guò)程的效率都不高奶段；另一個(gè)是空間問(wèn)題，標(biāo)記清除之后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片剥纷，空間碎片太多可能會(huì)導(dǎo)致以后在程序運(yùn)行過(guò)程中需要分配較大對(duì)象時(shí)痹籍，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作。

復(fù)制算法

為了解決效率問(wèn)題晦鞋，復(fù)制（Copying）算法出現(xiàn)了蹲缠，它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊悠垛。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了线定，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過(guò)的內(nèi)存空間一次清理掉确买。這樣就是每次只對(duì)其中一塊內(nèi)存進(jìn)行回收斤讥，內(nèi)存分配時(shí)也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只要移動(dòng)堆頂指針湾趾，按順序分配內(nèi)存即可芭商，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效搀缠。

這種算法的代價(jià)是將內(nèi)存縮小為了原來(lái)的一半铛楣，代價(jià)很大。這種算法也在特殊場(chǎng)景中會(huì)有很大用處艺普，比如回收新生代的時(shí)候簸州，IBM 公司的專門(mén)研究表明，新生代的對(duì)象 98% 是"朝生夕滅"的歧譬，所以不需要按照 1:1 的比例來(lái)劃分內(nèi)存區(qū)域岸浑，而是將內(nèi)存分為一塊較大的 Eden 空間和兩塊較小的 Survivor 空間，每次使用 Eden 空間和其中一塊 Survivor 空間瑰步。當(dāng)回收時(shí)助琐，將 Eden 空間和 Survivor 空間中還存活著的對(duì)象一次性地復(fù)制到另外一塊 Survivor 空間上，最后清理掉 Eden 和剛才使用過(guò)的 Survivor 空間面氓。這里肯定有一個(gè)具體空間分配比例兵钮，HotSpot 虛擬機(jī)默認(rèn) Eden:Survivor 為 8:1，也就是每次新生代中可用內(nèi)存為整個(gè)新生代的 90%（80%+10%）舌界，只有 10% 的內(nèi)存會(huì)被"浪費(fèi)"掘譬。當(dāng)然，98% 的對(duì)象可回收只是一般場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)呻拌，JVM 沒(méi)有辦法保證每次回收都只有不多于 10% 的對(duì)象存活葱轩，當(dāng) Survivor 空間不夠用時(shí)，需要依賴其它內(nèi)存（這里指老年代）進(jìn)行分配擔(dān)保（Handle Promotion）藐握。

內(nèi)存的分配擔(dān)保就好比我們現(xiàn)在使用支付寶里面的花唄靴拱，如果我們信譽(yù)很好，在 98% 的情況下都能按時(shí)償還猾普，于是支付寶會(huì)默認(rèn)我們會(huì)在下一月也能按時(shí)按量的償還我們的預(yù)支袜炕，只需要有一個(gè)擔(dān)保人能保證如果我下次不能還款時(shí)，可以幫助你還錢(qián)初家，那支付寶就認(rèn)為我們預(yù)支花唄是沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)的偎窘。內(nèi)存的分配擔(dān)保也一樣，如果另外一塊 Survivor 空間沒(méi)有足夠空間存放上一次新生代收集下來(lái)的存活對(duì)象時(shí)溜在，這些對(duì)象將直接通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制進(jìn)入老年代陌知。具體怎么分配擔(dān)保會(huì)在后續(xù)分析。

標(biāo)記-整理算法

復(fù)制收集算法在對(duì)象存活率較高時(shí)就要進(jìn)行較多的復(fù)制操作掖肋，效率將會(huì)變低仆葡。更關(guān)鍵的時(shí)，如果不想浪費(fèi) 50% 的空間志笼，就需要有額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保沿盅，以應(yīng)對(duì)使用的內(nèi)存中所有對(duì)象都 100% 存活的極端情況，所以在老年代一般不能直接選用復(fù)制算法籽腕。

根據(jù)老年代存活時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)嗡呼，有人提出了另一種"標(biāo)記-整理"（Mark-Compact）的算法，標(biāo)記過(guò)程仍然與"標(biāo)記-清除"算法一樣皇耗，但后續(xù)步驟不是直接對(duì)可回收對(duì)象進(jìn)行清理南窗，而是讓所有存活對(duì)象想一端移動(dòng)，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存郎楼。

分代收集算法

這種算法沒(méi)有什么新的思想万伤，只是根據(jù)對(duì)象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊。一般把 Java 堆分為新生代和老年代呜袁，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)乃惴ā?/p>

• 新生代：復(fù)制算法

  因?yàn)樵谛律械新颍看卫厥諘r(shí)都發(fā)現(xiàn)有大批對(duì)象死去香缺，只有少量存活毙死，那就選用復(fù)制算法，只需付出少量存活對(duì)象的復(fù)制成本就可以完成收集。

• 老年代：標(biāo)記-清理/標(biāo)記-整理

  因?yàn)槔夏甏鷮?duì)象存活率高柄错、沒(méi)有額外空間對(duì)它進(jìn)行分配擔(dān)保。

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